Размещено на http://www.allbest.ru/

Рабочая площадка промышленного здания



Содержание:

Введение

1. Конструирование и расчет элементов и узлов балочной клетки

1.1 Выбор оптимального варианта ячейки балочной клетки

1.1.1 Компоновка и расчет элементов ячейки балочной клетки нормального типа (1 Вариант)

1.1.1.1 Компоновка ячейки

1.1.1.2 Расчет настила

1.1.1.3 Расчет балок настила

1.1.1.4 Технико-экономические показатели

1.1.2 Балочная клетка усложненного типа (2 Вариант)

1.1.2.1 Компоновка ячейки

1.1.2.2 Расчет настила

1.1.2.3 Расчет балок настила

1.1.2.4 Расчет вспомогательных балок

1.1.2.5 Технико-экономические показатели

1.2 Конструирование и расчет главной балки

1.2.1 Подбор основного сечения

1.2.2 Проверка стенки на местное давление

1.2.3 Конструирование и расчет узла изменения сечения

1.2.4 Конструирование и расчет опорной части

1.2.5 Обеспечение местной устойчивости

1.2.5.1 Местная устойчивость стенки от действия нормальных напряжений

1.2.5.2 Местная устойчивость полки от действия нормальных напряжений

1.2.5.3 Местная устойчивость стенки от действия касательных напряжений

1.2.6 Расчет поясных швов

1.2.7 Расчет швов прикрепления опорных ребер к торцам балки

1.2.8 Конструирование монтажного стыка

2. Конструирование и расчет колонны

2.1 Конструирование и расчет стержня колонны

2.2 Конструирование и расчет оголовка колонны

2.3 Конструирование и расчет базы колонны

Список использованной литературы

балка колонна

1 Конструирование и расчет элементов и узлов балочной клетки

1.1 Выбор оптимального варианта ячейки балочной клетки

1.1.1 Компоновка и расчет элементов ячейки балочной клетки нормального типа (1 вариант)

1.1.1.1 Компоновка ячейки

L = 16 м; a = 1,0м; сдвиг по оси 0,5 м

Примем шаг балок настила а=1,0 м. Так как количество балок настила получилось четным, то смещения крайних балок настила 0,5 м.

1.1.1.2 Расчет настила

Величина временной нормативной нагрузки, действующей на настил (q_vⁿ=26 кН/м²), менее 50 кН/м². Прочность настила при данной нагрузке будет обеспечена, поэтому расчет производим только по жесткости. Критерием жесткости для изгибаемых элементов является величина предельного относительного прогиба; для стального настила [f/a] = 1/150.

Расчет настила будем производить с помощью графиков (рис.3). Для заданной нагрузки q_vⁿ = 26,0 кН/м² и предельно допустимого относительного прогиба [f/a] = 1/150 определяем требуемое отношение пролета настила к его толщине (a/t_н = 90); тогда минимальная толщина настила t_н = a/100 = 90 см/100 = 0,9 см. Принимаем толщину настила t_н = 10 мм.

Настил передает вниз на балки настила временную нагрузку и нагрузку от собственной массы. Нормативная величина нагрузки от массы настила, распределенной на 1 м² площади g_н может быть определена умножением объемной плотности стали (7850 кг/м³) на толщину листа

= 7850 кг/м³ = 78,5 кН/м³; t_н = 0,01 м;

= 78,5 кН/м³·0,01 м = 0,785 кН/м².



1.1.1.3 Расчет балок настила

Конструктивная схема опирания балок настила на главные балки представлена на рис. 4,а. В запас прочности и жесткости в качестве расчетной схемы принимаем однопролетную балку с шарнирными опорами.

Каждая балка настила воспринимает нагрузку, действующую в пределах ее грузовой площади. Расчетная балка (рис.1) воспринимает временную нагрузку и постоянную нагрузку от массы настила, действующие в пределах грузовой полосы, шириной а.

Таким образом, нормативная нагрузка, действующая на балку настила:

q_бнⁿ=(q_vⁿ+g_нⁿ)·a=(26,0 кН/м?+0,785 кН/м?)·1 м=26,785 кН/м?0,27 кН/см.

Расчетная нагрузка определяется с учетом коэффициентов надежности по переменной нагрузке и постоянной нагрузке

.

Коэффициенты надежности по нагрузке приведены в [7]. Для стального листа =1,1. Временная нагрузка в примере не конкретизирована, поэтому условно примем коэффициент ее надежности =1,2.

Определим величину расчетной погонной нагрузки, действующей в данном конкретном случае на балку настила

q_бн=(26,0 кН/м?·1,2+0,785 кН/м?·1,1)·1 м=32,064 кН/м?0,32 кН/см.

Величина максимального изгибающего момента, действующего в середине пролета рассматриваемой балки (рис.4,в), определяется

М_max=q_бн·l?/8=32,064 кН/м·5? м?/8=100,2 кНм?10020,0 кНсм.



Подбор сечения балки будем производить с учетом возможности развития в ней пластических деформаций ([5].п.5.18)

W_x^тр=М_max/с₁·R_y ,

где R_y - расчетное сопротивление стального проката на сжатие, растяжение и изгиб, для сали С245 R_y =24 кН/см².

- коэффициент, равный 1.1.

Определяем требуемый момент сопротивления:

W_x^тр=10020,0 кНсм / 1,1·24 кН/см?=379,5 см?.

По ГОСТ 8239-89 принимаем двутавр № 30 , имеющий W_x^ф=472 см?, I_x=7080 см⁴ и линейную плотность g_бнⁿ=36,5 кг/м.

Прочность принятой балки обеспечена так как .

Проверим жесткость балки. Для этого определим относительный прогиб f / l₁ и сравним его с предельно допустимым значением [f / l₁]=1/250, [5].

Следовательно, жесткость балки обеспечена. Таким образом, балка отвечает предъявляемым к ней эксплуатационным требованиям по 1-й и 2-й группам предельных состояний.

1.1.1.4 Технико-экономические показатели

1. расход металла:

-настил: 7850 кг/м?·t_н м =7850 кг/м?·0,01 м=78,5 кг/м?;

-БН: g_бнⁿ кг/м /а м=36,5 кг/м /1 м=36,5 кг/м?.

У=115 кг/м?.

2. количество типоразмеров - 1.

3. количество отправочных балок - 17.



1.1.2 Балочная клетка усложненного типа (2 вариант)

1.1.2.1 Компоновка ячейки

L = 16 м; l₂ = 3,2 м; a₁ = 1,0 м; сдвига по оси не будет

Как и в ячейке балочной клетки нормального типа, главные балки располагаем, перекрывая больший пролет. Вспомогательные балки размещаем с шагом l₂=3,2 м, кратным пролету главной балки. Так как количество вспомогательных балок получилось нечетным, то смещения от оси не будет (рис.5).

Балки настила располагаем вдоль главных балок с шагом а₁=1,0 м, кратным пролету вспомогательных балок.

1.1.2.2 Расчет настила

Расчет выполнен по аналогии с расчетом настила балочной клетки нормального типа, т.к. а=а₁. Принимаем настил толщиной t_н=10 мм. Нормативная величина нагрузки от массы настила

g_нⁿ = 78,5 кН/м³·0,01 м = 0,785 кН/м²;

1.1.2.3 Расчет балок настила

Примем этажное опирание балок настила на вспомогательные балки (рис.6а). Расчетную схему в запас прочности можно принять в виде однопролетной шарнирно опертой балки пролетом l₂.

Так как величина a₁=а, то расчет не изменился

qⁿ_бн =26,785 кН/м ? 0,27 кН/см;

q_бн = 32,064кН/м ? 0,32 кН/см;

По [8] принимаем двутавр I 20, имеющий:

Несущая способность балки обеспечена, так как .

Проверим балку на жесткость

Следовательно, жесткость балки обеспечена.

1.1.2.4 Расчет вспомогательных балок

В рассматриваемой балочной системе вспомогательные балки несут временную нагрузку и постоянные нагрузки от массы настила и балок настила. Опорами вспомогательных балок являются главные балки.

За расчетную схему вспомогательной балки в запас прочности принимаем однопролетную шарнирно-опертую балку, пролетом l₁. Нагрузка к вспомогательной балке прикладывается в виде сосредоточенной силы в местах опирания балок настила.

Так как количество сосредоточенных сил равно пяти, то в целях упрощения расчета с достаточной точностью может быть принята схема с загружением балки равномерно распределенной нагрузкой.

1.1.2.5 Технико-экономические показатели

1. расход металла:

-настил: 7850 кг/м?·t_н м =7850 кг/м?·0,01 м=78,5 кг/м?;

-БН: g_бнⁿ кг/м / а₁ м=21 кг/м /1 м=21 кг/м?;

-ВБ: g_вбⁿ кг/м / l₂ м=66,5 кг/м /3,2 м=20,7 кг/м?.

У=120,2 кг/м?.

2. количество типоразмеров - 2.

3. количество отправочных балок - 34.

1.1.3 Технико-экономическое сравнение ячеек балочной клетки

ТЭП	Вариант 1	Вариант 2
Расход стали, кг/м2	115	120,2
Количество отправных марок балок в ячейке, шт	17	34
Количество типоразмеров балок в ячейке, шт	1	2

Как видно из таблицы, практически по всем показателям первый вариант является более выгодным по сравнению со вторым. Таким образом, принимаем балочную клетку нормального типа, как менее трудоемкую.

1.2 Конструирование и расчет главной балки

1.2.1 Подбор основного сечения главной балки

Требуется подобрать сечение сварной главной балки по варианту 1 , имеющей прогиб f (1/400) l , масса настила и балок настила, временная нагрузка. Балка проектируется из стали С 245. Для t= 2-20 мм.

Требуемый момент сопротивления балки определяется из условия упругой работы;

Вывод: необходимо использовать балку составного сечения.

Необходимо рассчитать высоту главной балки:

1) находим оптимальную высоту главной балки, предварительно задав ее высоту

2) рассчитаем толщину стенки . Принимаем толщину стенки 12 мм по ГОСТ82-70 «Универсальные стали».

3) строительную высоту балки находим исходя из заданных отметок верха габарита площадки H₁ и верха габарита оборудования под перекрытием Н₂ и конструкции перекрытия здесь h_бн - высота балки настила, соответствующая принятому для нее номеру двутавра.

Сравнивая полученные высоты, принимаем высоту главной балки h_ГБ = 150 см.

Проверяем принятую толщину стенки

1. с позиции ее работы на срез

2. из условия обеспечения местной устойчивости

Сравнивая полученные значения с принятой ранее толщиной стенки (12 мм), приходим к выводу, что она удовлетворяет условию прочности и условию обеспечения местной устойчивости.

Размеры горизонтальных поясных листов находим исходя из необходимой несущей способности балки. Для этого вычисляем требуемый момент инерции сечения балки.

Находим момент инерции стенки балки, принимая толщину поясов 2,8 см.

Принимаем пояса из универсальной стали ГОСТ 82-70 460х28 мм ( A_f^ф=128,8см²).

Так как h_ГБ>h_min, то жесткость уже обеспечена, поэтому проверка не требуется.

Так как t_w>t_w^срез, то проверка максимального касательного напряжения в стенке у опоры не требуется.

Проверяем принятое сечение на прочность. Для этого предварительно вычисляем фактический момент инерции и момент сопротивления балки

Максимальные нормальные напряжения в поясах балки составляют

1.2.2 Проверка стенки на местное давление

Т.к. на верхний пояс главной балки опираются балки настила, передающие неподвижную сосредоточенную нагрузку,то необходима дополнительная проверка стенки на местные сжимающие стенку напряжения.

1.2.3 Конструирование и расчет узла изменения сечения

Сечение разрезной составной балки, подобранное по максимальному моменту, можно уменьшить в соответствии с эпюрой в местах снижения моментов на некотором расстоянии от опор. Наиболее простым способом изменения сечения является уменьшение ширины пояса.

Стык назначаем на расстоянии 1/6 пролета от опоры. Определяем расчетный момент и перерезывающую силу в сечении.

Подбор изменяемого сечения ведем по упругой стадии работы материала.

Принимаем пояса из универсальной стали 240x28 мм (A_f^ф=67,2 см²). Принятый пояс удовлетворяет условиям: (b_f)'> 18 см и (b_f)'>/10 =15 см.

Проверки показали, что прочность балки в месте изменения сечения обеспечена.

1.2.4 Конструирование и расчет опорной части

Конструкцию опорной части главной балки принимаем по рис.12, т.е. с опорным ребром в торце балки. Нижние концы опорных ребер должны быть остроганы.

Определяем требуемую ширину торца ребра из условия предотвращения смятия, первоначально приняв t_о.р. = 20 мм.

где (табл.1 [5]). -расчетное сопротивление стали смятию торцовой поверхности при наличии пригонки.

Принимаем ребро 240x20 мм. Выступающая вниз часть опорного ребра а = 20 мм < 1,5 * t_о.р. = 30 мм.

1.2.5 Обеспечение местной устойчивости

1.2.5.1 Местная устойчивость стенки от действия нормальных напряжений

Потеря местной устойчивости (местное выпучивание) может произойти в сжатом поясе от действия нормальных напряжений или в стенке от действия касательных или нормальных напряжений, а также и от их совместного действия.

Проверка устойчивости сжатого пояса производится в месте максимальных напряжений в нем - в середине пролета балки. Проверку ведем согласно [5]:

Проверка показала, что местная устойчивость стенки обеспечена и продольные ребра жесткости не требуются.

1.2.5.2 Местная устойчивость полки от действия нормальных напряжений

Проверка устойчивости полки также ведется согласно [5]:

При выполнении условия - местная устойчивость полки обеспечена.

1.2.5.3 Местная устойчивость стенки от действия касательных напряжений

Выясним необходимость постановки поперечных ребер жесткости, предварительно вычислив условную гибкость стенки балки.

Для обеспечения жесткости стенки необходимо установить ребра жесткости.

Проведем расстановку ребер жесткости. Предварительно вычислим максимальное расстояние между ними

d_max=2•h_w = 2•144,4=288,8 см;

Определяем размеры ребер жесткости.

Необходимо провести проверку устойчивости стенки. Самым напряженным считается второй отсек от опоры (длина отсека a=200 см). Так как балка симметричного сечения и укреплена только поперечными основными ребрами жесткости и имеется у_loc , то расчет будем вести по п.7.6.[5]

Проверка показала, что устойчивость стенки обеспечена, и принятая расстановка ребер жесткости удовлетворяет условиям обеспечения устойчивости.

1.2.6 Расчет поясных швов

Для составного двутавра по формуле Ясинского:

По металлу шва:

По металлу границы сплавления:

где - коэффициенты проплавления соответственно по металлу шва по металлу границы сплавления. Принимается согласно СНиП [2] для автоматической сварки в лодочку при диаметре сварочной проволоки : , ;

- прочностные характеристики соответственно по металлу шва и по металлу границы сплавления. принимается согласно СНиП [2] по таблице 55: сварочная проволока Св-0,8А по таблице 56: ; согласно СНиП [2] по таблице 3: ;

- нормативное сопротивление стали растяжению, сжатию, изгибу по .



k_f ^max = 1,2t_w = 14,4 мм;

Конструктивно принимаем по табл. 38 [5] минимально допустимую толщину шва

k_f = 6 мм при толщине пояса 28 мм, что больше получившегося по расчету

k_f = 2 мм, следовательно толщина поясных швов равна k_f = 6 мм.

1.2.7 Расчет швов прикрепления опорных ребер к торцам балки

Прикрепление опорного ребра к стенке проектируем двусторонними швами полуавтоматической сваркой электродами Э42. По табл. 34 [5] определяем в_f = 0,7, в_z = 1,0; согласно табл. 55 и 56 [5] находим R_wf = 18 кН/см²; по табл. 3 [5] R_wz = 0,45·R_un = 0,45·37кН/см

Определим минимально и максимально допустимые значения катетов согласно п.12.8 СНиПа [2]:

а)

б)

в) Расчетная длина углового сварного шва должна быть не менее и не менее 40мм;

г) Расчетная длина флангового шва должна быть не более :

1.2.8 Конструирование монтажного стыка

Сварка ручная. Согласно СНиП [2]по таблице55: электроды Э42

1) Верхняя полка (сжатие):

стык прямой (физический контроль):

2) Нижняя полка (растяжение): cтык косой (визуальный контроль):

.



2. Конструирование и расчет колонны

2.1 Конструирование и расчет стержня колонны

Колонну проектируем сплошного сечения в виде сварного двутавра из трех листов. Подобранное сечение удовлетворяет требованиям общей устойчивости. Проверяем местную устойчивость полки:

Полка удовлетворяет требованиям устойчивости.

2.2 Конструирование и расчет оголовка колонны

На колонну сверху опирается балка. Усилие на стержень колонны передается опорными ребрами балок через плиту оголовка.

R_щz = 0,45 * R_un =0,45 * 36 = 16,2 кН / см²

2.3 Конструирование и расчет базы колонны

Принимаем бетон марки М150:

Размеры опорной плиты базы определяем исходя из условий сжатия бетона под плитой. Толщину плиты определяем из условия ее работы как пластины на поперечный изгиб от действия у_б .

В соответствии с конструкцией базы плита может иметь участки:

1) консольный участок М₁

2) опертые на три каната М₂.

3) опертые на четыре каната М_3.

- Консольный участок.

- Опертые на три каната.

- Опертый на 4 канта.



Список используемой литературы:

1) Технико-экономические сравнения вариантов компоновки ячеек балочных клеток: Методические указания. Родионов И.К. Тольятти, ТолПИ, 1986.

2) Металлические конструкции. Под ред. Е.И. Беленя. Стройиздат, 1986.

3) СНиП II-23-81* «Стальные конструкции»- М.,2001.

4) ГОСТ 82-70 «Прокат горячекатаный широкополосный универсальный».

5) ГОСТ 19903-74 «Сталь листовая горячекатаная».

Размещено на Allbest.ru